(57)【要約】【課題】コンタクト抵抗が低く且つ発光光の反射率が高い電極を備えた高輝度の発光素子を実現できるようにする。【解決手段】基板１の上にｎ型のＧａＮからなるｎ型コンタクト層２が形成されている。ｎ型コンタクト層２の一部を露出させるように、ｎ型コンタクト層２の上には、ｎ型のＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３と、発光層４と、ｐ型のＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５と、ｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層６とが順次積層されている。ｐ型コンタクト層６の上には厚さが１５０ｎｍのＡｇからなる光学反射金属膜７と、厚さが１００ｎｍのＷからなる拡散防止金属膜８と、厚さが１５０ｎｍのＡｕからなるカバー金属膜９とが順次積層されたｐ型電極１２が形成されている。ｎ型コンタクト層２の露出部分にはＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層されたｎ型電極１３が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を含む半導体層積層体と、
前記発光層からの発光光を前記半導体層積層体の外部へ取り出す面とは逆の面上に形成され、前記発光光を反射する光学反射金属膜と、
前記光学反射金属膜の上に形成され、前記光学反射金属膜の剥離を防止するカバー金属膜と、
前記光学反射金属膜と前記カバー金属膜との間に形成され且つ前記光学反射金属膜と前記カバー金属膜との間の相互拡散を防止する拡散防止金属膜とを備え、
前記拡散防止金属膜は、タングステン、レニウム及びタンタルのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記拡散防止金属膜は、５０ｎｍ以上の膜厚を有していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記光学反射金属膜は、アルミニウム若しくは銀からなる単層膜又はアルミニウム及び銀からなる積層膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記光学反射金属膜は、８０ｎｍ以上の膜厚を有していることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記カバー金属膜は、金若しくは白金又は金及び白金のうちの少なくとも１つを含む合金であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記光学反射金属膜と前記半導体層積層体との間に形成され且つ前記光学反射金属膜と前記半導体層積層体との間のコンタクト抵抗を低減するコンタクト抵抗低減金属膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記コンタクト抵抗低減金属膜は、ニッケル、チタン、金、白金、パラジウム及びロジウムのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜であることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記半導体層積層体は、III族窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
第１の基板の上に第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層を順次積層して半導体層積層体を形成する工程と、
前記第２導電型の半導体層の上に、前記発光層からの発光光を反射する光学反射金属膜と、タンタル、レニウム及びタングステンのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜である拡散防止金属膜と、前記光学反射金属膜の剥離を防止するカバー金属膜とが順次積層された電極を形成する工程と、
前記電極を熱処理する工程とを備えていることを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記拡散防止金属膜は、５０ｎｍ以上の膜厚を有していることを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体層積層体は、III族窒化物半導体からなり、
前記熱処理は、５００℃以上且つ６００℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記光学反射金属膜は、アルミニウム若しくは銀のうちのいずれかからなる単層膜又はアルミニウム及び銀からなる積層膜であることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記光学反射金属膜は、８０ｎｍ以上の膜厚を有していることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記カバー金属膜は、金若しくは白金又は金及び白金のうちの少なくとも１つを含む合金であることを特徴とする請求項９から１３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記光学反射金属膜と前記第２導電型の半導体層との間に、前記電極と前記第２導電型の半導体層との間のコンタクト抵抗を低減するコンタクト抵抗低減金属膜を形成する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記コンタクト抵抗低減金属膜は、ニッケル、チタン、金、白金、パラジウム及びロジウムのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜であることを特徴とする請求項１５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１７】
導電性を有する第２の基板を、前記カバー金属膜と貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせ工程よりも後に、前記第１の基板を剥離する剥離工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項９から１６のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高輝度で且つ高効率動作する発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型で且つ発光効率が高いという優れた特徴を備えているため発光ダイオード等の半導体発光素子が注目を集めている。これらの発光素子の発光層において発生した発光光は、様々な方向へと放射されるため、光り取り出し面から外部に取り出されて利用される光は発光光のうちの一部である。従って、光取り出し面以外の方向に放射された発光光を反射させて光取り出し面から取り出すことにより、輝度を高める技術が重要になっている。
【０００３】
例えば特許文献１には、紫外〜赤外に至る広い波長域で高い反射率を持つ銀（Ａｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）を発光素子の電極として用いて、発光層から放射された発光光のうち光取り出し面とは逆の方向に放射された発光光を光取り出し面の側に反射することにより発光素子の輝度を向上させる例が示されている。しかし、Ａｇ及びＡｌにより形成された電極は、従来の発光素子に用いられている金（Ａｕ）等を用いた電極と比べて密着性が弱いため、発光素子を形成するために必要なワイヤーボンドや、異種基板への貼り付け等を行う際に電極がはがれやすい。そこで、電極の剥離を防止するために、Ａｇ又はＡｌからなる反射膜の上にＡｕ等からなるカバー金属膜が形成された電極を用いる方法が考えられている（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１９１６４１号公報
【特許文献２】特開平１１−１８６５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ａｇ又はＡｌを電極として使用するためには、熱処理を行い電極のコンタクト抵抗を十分低減する必要がある。電極の反射率が向上したとしても、電極のコンタクト抵抗が高い場合には、発光効率が低下するため、素子全体としての輝度が低下してしまうからである。一方、Ａｇ及びＡｌとＡｕとは相互拡散しやすいため、熱処理の際にＡｕとＡｇ又はＡｌとが混ざり合い、電極の反射率が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題を解決し、コンタクト抵抗が低く且つ発光光の反射率が高い電極を備えた高輝度の発光素子及びその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明は発光素子の電極を、光学反射金属膜とカバー金属膜との間に両者の相互拡散を防止する拡散防止金属膜を備えた構成とする。
【０００７】
具体的に本発明の発光素子は、発光層を含む半導体層積層体と、発光層からの発光光を半導体層積層体の外部へ取り出す面とは逆の面上に形成され、発光光を反射する光学反射金属膜と、光学反射金属膜の上に形成され、光学反射金属膜の剥離を防止するカバー金属膜と、光学反射金属膜とカバー金属膜との間に形成され且つ光学反射金属膜とカバー金属膜との間の相互拡散を防止する拡散防止金属膜とを備え、拡散防止金属膜は、タングステン、レニウム及びタンタルのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の発光素子によれれば、光学反射金属膜とカバー金属膜との間の相互拡散を防止する拡散防止金属膜を備え、拡散防止金属膜は、タングステン、レニウム及びタンタルのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜であるため、電極と半導体層との間にオーミックコンタクトをとる際に熱処理を行っても、光学金属反射膜とカバー金属膜との間で相互拡散がほとんど生じない。従って、光学金属反射膜の反射率を高く保つことが可能であり、その結果、高輝度の発光素子を実現することができる。
【０００９】
本発明の発光素子において、拡散防止金属膜は、５０ｎｍ以上の膜厚を有していることが好ましい。このような構成とすることにより、光学反射金属膜とカバー金属膜との間の相互拡散を確実に防止できる。
【００１０】
本発明の発光素子において、光学反射金属膜は、アルミニウム若しくは銀からなる単層膜又はアルミニウム及び銀からなる積層膜であることが好ましい。このような構成とすることにより、発光光を効率よく反射する光学反射金属膜が得られる。
【００１１】
この場合において、光学反射金属膜は、８０ｎｍ以上の膜厚を有していることが好ましい。このような構成とすることにより、拡散防止金属膜と光学反射金属膜との相互拡散を防止することができる。
【００１２】
本発明の発光素子において、カバー金属膜は、金若しくは白金又は金及び白金のうちの少なくとも１つを含む合金であることが好ましい。このような構成とすることにより、ボンディング又は異種基板への接続を確実に行うことが可能となる。
【００１３】
本発明の発光素子は、光学反射金属膜と半導体層積層体との間に形成され且つ光学反射金属膜と半導体層積層体との間のコンタクト抵抗を低減するコンタクト抵抗低減金属膜をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、電極のコンタクト抵抗をさらに低減することができ、発光素子の発光効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
本発明の発光素子において、コンタクト抵抗低減金属膜は、ニッケル、チタン、金、白金、パラジウム及びロジウムのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜であることが好ましい。このような構成とすることにより、コンタクト抵抗を確実に低減できる。
【００１５】
本発明の発光素子において、半導体層積層体は、III族窒化物半導体からなることが好ましい。
【００１６】
本発明の発光素子の製造方法は、第１の基板の上に第１導電型の半導体層、発光層及び第２導電型の半導体層を順次積層して半導体層積層体を形成する工程と、第２導電型の半導体層の上に、発光層からの発光光を反射する光学反射金属膜と、タンタル、レニウム及びタングステンのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜である拡散防止金属膜と、光学反射金属膜の剥離を防止するカバー金属膜とが順次積層された電極を形成する工程と、電極を熱処理する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の発光素子の製造方法によれば、発光層からの発光光を反射する光学反射金属膜と、タンタル、レニウム及びタングステンのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜である拡散防止金属膜と、光学反射金属膜の剥離を防止するカバー金属膜とが順次積層された電極を形成する工程と、電極を熱処理する工程とを備えているため、熱処理工程において光学反射金属膜とカバー金属膜との間に相互拡散が生じることを防止できるので、光学反射金属膜の反射率を高く保つことが可能であり、高輝度の発光素子を実現することができる。
【００１８】
本発明の発光素子の製造方法において、拡散防止金属膜は、５０ｎｍ以上の膜厚を有していることが好ましい。このような構成とすることにより、光学反射金属膜とカバー金属膜との相互拡散を確実に防止できる。
【００１９】
本発明の発光素子の製造方法において、半導体層積層体は、窒化物半導体であり、熱処理は、５００℃以上且つ６００℃以下の温度で行うことが好ましい。このような構成とすることにより、電極のコンタクト抵抗を確実に低減することができる。
【００２０】
本発明の発光素子の製造方法において、光学反射金属膜は、アルミニウム若しくは銀からなる単層膜又はアルミニウム及び銀からなる積層膜であることが好ましい。この場合において、光学反射金属膜は、８０ｎｍ以上の膜厚を有していることが好ましい。このような構成とすることにより、第１の金属膜により、効率よく発光光を反射することが可能となる。
【００２１】
本発明の発光素子の製造方法において、カバー金属膜は、金若しくは白金又は金及び白金のうちの少なくとも１つを含む合金であることが好ましい。このような構成とすることにより、ボンディング又は異種基板との接続を確実に行うことが可能となる。
【００２２】
本発明の発光素子の製造方法は、光学反射金属膜と第２導電型の半導体層との間に、電極と第２導電型の半導体層との間のコンタクト抵抗を低減するコンタクト抵抗低減金属膜を形成する工程をさらに備えていることが好ましい。この場合において、コンタクト抵抗低減金属膜は、ニッケル、チタン、金、白金、パラジウム及びロジウムのうちのいずれか１つからなる単層膜又は２つ以上からなる積層膜であることが好ましい。このような構成とすることにより、電極のコンタクト抵抗をさらに低減でき、発光効率を向上させ、素子の発熱も低減することが可能となる。
【００２３】
本発明の発光素子の製造方法は、導電性を有する第２の基板を、カバー金属膜と貼り合わせる貼り合わせ工程と、貼り合わせ工程よりも後に、第１の基板を剥離する剥離工程とをさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより素子の上面に発光光の取り出し面を有する発光素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の発光素子及びその製造方法によれば、コンタクト抵抗が低く且つ発光光の反射率が高い電極を備えた高輝度の発光素子及びその製造方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る発光素子及びその製造方法ついて図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る発光素子の断面構成を示している。図１に示すように本実施形態の発光素子は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の材料を用いた青色の発光ダイオードである。
【００２６】
サファイアからなる基板１の上にｎ型のＧａＮからなるｎ型コンタクト層２が形成されている。ｎ型コンタクト層２の上には、ｎ型コンタクト層２の一部を露出させるように、ｎ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ）からなるｎ型クラッド層３と、発光層４と、ｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなるｐ型クラッド層５と、ｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層６とが順次積層され、半導体層積層体１１が形成されている。発光層４は、ＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に繰り返して積層した多重量子井戸構造を有している。
【００２７】
ｐ型コンタクト層６の上には、厚さが１５０ｎｍの銀（Ａｇ）からなる光学反射金属膜７と、厚さが１００ｎｍのタングステン（Ｗ）からなる拡散防止金属膜８と、厚さが１５０ｎｍの金（Ａｕ）からなるカバー金属膜９とが順次積層されたｐ型電極１２が形成されている。
【００２８】
ｎ型コンタクト層２の露出部分には、厚さがそれぞれ５ｎｍ、４０ｎｍ、４０ｎｍ及び２００ｎｍのチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）が順次積層されたｎ型電極１３が形成されている。
【００２９】
第１の実施形態の発光素子は、ｐ型電極１２及びｎ型電極１３をそれぞれ異種基板に貼り合わせたり、ボンディングにより電気配線を形成したりして、基板１の側に光を取り出すフリップチップ型の発光ダイオードである。発光層４からの発光光のうち、ｐ型電極１２の側に向かう光は、光学反射金属膜７により基板１の側に反射される。従って、効率よく発光光を利用することができる。
【００３０】
以下に、第１の実施形態に係る発光素子の製造方法について図面を用いて説明する。図２は本実施形態の発光素子の製造方法について工程ごとに断面の状態を示している。図２（ａ）に示すように、まず、サファイアからなる基板１の上に有機気相金属成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、発光層４、ｐ型クラッド層５及びｐ型コンタクト層６を順次成長させる。
【００３１】
次に、ｐ型コンタクト層６の上に、フォトレジストによるマスクパターンを形成した後、ｐ型コンタクト層６、ｐ型クラッド層５、発光層４及びｎ型クラッド層３の一部を塩素（Ｃｌ2）ガスをエッチャントとして誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングして、図２（ｂ）に示すようにｎ型コンタクト層２を露出させる。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すようにｐ型コンタクト層６の上に厚さが１５０ｎｍのＡｇからなる光学反射金属膜７と、厚さが１００ｎｍのＷからなる拡散防止金属膜８と、厚さが１５０ｎｍのＡｕからなるカバー金属膜９とを電子ビーム蒸着とリフトオフとを用いて順に形成し、ｐ型電極１２を形成する。続いて、窒素気流下において６００℃の温度で３０分間の熱処理を行い、ｐ型電極１２のコンタクト抵抗を低減する。
【００３３】
次に、図２（ｄ）に示すようにｎ型コンタクト層２の露出部分に、厚さがそれぞれ５ｎｍ、４０ｎｍ、４０ｎｍ及び２００ｎｍのＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層されたｎ型電極１３を電子ビーム蒸着とリフトオフとを用いて形成する。続いて、ｎ型電極１３のコンタクト抵抗を低減するために６００℃で５分程度の熱処理を行う。
【００３４】
以下に、ｐ型電極１２の熱処理温度とコンタクト抵抗との関係について説明する。図３は、ｐ型のＧａＮ層の上にＡｇからなる電極を形成した場合の熱処理温度とコンタクト抵抗との関係を示している。なお、図３において横軸は処理温度（℃）を示し、縦軸はコンタクト抵抗（Ωｃｍ2）を示している。また、処理時間はいずれも３０分である。
【００３５】
図３に示すように熱処理温度が高くなるに従いＧａＮ層と電極との間のコンタクト抵抗の値が低下するが、熱処理温度が６００℃を越えると逆にコンタクト抵抗の値が上昇を始め、７００℃においては熱処理を行わない場合よりもコンタクト抵抗の値が高くなる。従って、ＧａＮに対してＡｇを電極として用いる場合には、コンタクト抵抗が上昇しない６００℃以下の温度で熱処理を行うことが好ましく、さらに、コンタクト抵抗が十分に低くなる５００℃以上の温度で熱処理を行うことが好ましい。また、Ａｌを電極として用いた場合にもほぼ同様の結果が得られる。
【００３６】
同様の傾向は、ＧａＡｓ系又はＩｎＰ系の発光素子においても認められ、この場合には３００℃〜５００℃程度の熱処理を加えた場合にコンタクト抵抗が極小となる。
【００３７】
次に、熱処理によって生じるｐ型電極１２の反射率の低下について説明する。図４はサファイア基板上に厚さが１５０ｎｍのＡｇ膜と、厚さが１００ｎｍ各種の拡散防止金属膜と、厚さが１５０ｎｍのＡｕ膜とを順に積層し、６００℃で３０分間の熱処理を加えた場合の、拡散防止金属膜の種類と反射率との関係を示している。なお、図４において横軸は拡散防止金属膜の融点（Ｋ）を示し、縦軸は拡散防止金属膜がない場合の反射率を１とした場合の相対反射率を示している。また、測定波長は４００ｎｍであり、反射率はサファイア基板側から光を入射させて測定している。
【００３８】
図４に示すように拡散防止金属膜の融点が高くなるに従い反射率が高くなった。しかし、拡散防止金属膜として融点が低いニッケル（Ｎｉ：融点１７３０Ｋ）又は白金（Ｐｔ：融点２０４０Ｋ）を用いた場合には、拡散防止金属膜を設けない場合と比べて逆に反射率が低下した。一方、高融点のタンタル（Ｔａ：融点３２９０Ｋ）、レニウム（Ｒｅ：融点３４５０Ｋ）又はタングステン（Ｗ：融点３６９０Ｋ）を用いた場合には、拡散防止金属膜を設けない場合と比べて反射率が向上した。
【００３９】
この結果をさらに検証するために、熱処理によってＡｕとＡｇとがどのように相互拡散するかについて検討を行った。
【００４０】
図５は、サファイア基板上に厚さがそれぞれ１５０ｎｍのＡｇ膜及びＡｕ膜を順に積層した積層膜に６００℃で３０分間の熱処理を加えた後の、深さ方向の組成の分布をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定した結果を示している。図５において横軸は積層膜の表面からの深さを示しており、縦軸は信号強度を示している。
【００４１】
図５に示すようにＡｕ及びＡｇの信号強度は、いずれも積層膜の表面から底面に至るまでほぼ一定である。従って、Ａｕ及びＡｇはいずれも積層膜の表面から底面までほぼ均一分布している。つまり、ＡｕとＡｇとは相互拡散により完全に混じり合っていることが明らかである。
【００４２】
図６にはＡｇ膜とＡｕ膜との間に拡散防止金属膜として厚さが１００ｎｍのＷを設けた場合の深さ方向の組成の分布を示している。図６に示すように積層膜の底面付近において、Ａｕはほとんど存在しておらず、Ｗからなる拡散防止金属膜を設けることにより、ＡｕとＡｇとの相互拡散が防止されることが明らかである。
【００４３】
また、図６に示すようにＷは、Ａｇ膜中に約８０ｎｍ拡散している。従って、光学反射金属膜の厚さを８０ｎｍ以上とすることにより、拡散防止金属膜が光学反射金属膜に影響を与えることはない。一方、ＡｕはＷ膜中に約５０ｎｍ拡散している。従って、拡散防止金属膜の膜厚は５０ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００４４】
拡散防止金属膜としてＷを用いる例を示したが、Ｔａ又はＲｅを用いた場合にもほぼ同様の結果が得られ、Ｗ、Ｔａ及びＲｅのいずれか２つ又は３つを組み合わせて用いても同様の結果が得られる。また、光学反射金属膜には、Ａｌを用いても同様の結果が得られる。
【００４５】
なお、図６において、積層膜の表面にＡｇが析出しているが、この原因は明確になっていない。しかし、ＡｕのＡｇ膜中への拡散を防止し反射率の低下を低減するという本発明の効果にはなんら影響を与えない。また、カバー金属膜にボンディングを行う際にも影響はない。
【００４６】
図７は拡散防止金属膜がある場合とない場合における光の波長と反射率との関係を示している。図７においてＡｇ膜及びＡｕ膜の膜厚はそれぞれ１５０ｎｍとし、拡散防止金属膜にはＷを用い、膜厚は１００ｎｍとした。反射率は、サファイア基板の側から光を入射することにより測定した。なお、横軸には測定波長を示し、縦軸には拡散防止金属膜を設けた場合の波長４２０ｎｍにおける反射率を１とした相対反射率を示している。
【００４７】
図７に示すように、いずれの波長においても拡散防止金属膜を設けることにより反射率が向上していることが明らかである。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態に係る発光素子によれば、光学反射金属膜とカバー金属膜との間の相互拡散を防止することができ、光学反射金属膜の反射率を向上させることができるので、発光光の利用効率が高い高輝度の発光素子を実現することが可能となる。
【００４９】
なお、カバー金属膜には通常のボンディングパッドと同様にＡｕ若しくはＰｔ又はこれらを含む合金を用いることができる。
【００５０】
（第１の実施形態の一変形例）
以下に第１の実施形態の一変形例に係る発光素子について図面を用いて説明する。図８は本変形例の発光素子の断面構成を示している。図８において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００５１】
図８に示すように本変形例の発光素子は、ｐ型コンタクト層６と光学反射金属膜７との間に厚さが２ｎｍのＮｉからなるコンタクト抵抗低減金属膜１４を備えている。これによりｐ型コンタクト層６とｐ型電極１２とのコンタクト抵抗を低減し、発光素子の発熱を押さえることが可能となる。
【００５２】
コンタクト抵抗低減金属膜１４にはニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）又はロジウム（Ｒｈ）等の半導体層と良好なコンタクトを形成する金属を用いればよく、これらの金属の合金又はこれらの金属の積層体を用いてもよい。
【００５３】
図９は所定の膜厚のコンタクト抵抗低減金属膜、光学反射金属膜、拡散防止金属膜及びカバー金属膜をサファイア基板の上に順に積層した積層膜を窒素気流下において６００℃の温度で３０分間の熱処理を行った後の反射率を示している。図９において横軸は測定波長を示し、縦軸はコンタクト抵抗低減金属膜が設けられたｐ型電極の反射率を示し、サファイア基板の側から光を入射して測定を行った。また、光学反射金属膜、拡散防止金属膜及びカバー金属膜には、それぞれ厚さが１５０ｎｍのＡｇ、厚さが１００ｎｍのＷ及び厚さが１５０ｎｍのＡｕを用いた。
【００５４】
図９に示すように測定を行ったすべての波長域において、コンタクト抵抗低減金属膜の膜厚が厚くなるに従い反射率が低下している。特にコンタクト抵抗低減金属膜の膜厚が２ｎｍを越えると急激に反射率は低下し、５ｎｍの場合には、コンタクト抵抗低減金属膜を設けない場合の５０％程度の反射率しか得られていない。これは、コンタクト抵抗低減金属膜の膜厚が厚くなり、光学反射金属膜が機能していないことを示している。
【００５５】
一方、コンタクト抵抗低減金属膜が２ｎｍ以下の場合には、コンタクト抵抗低減金属膜を設けたことによる反射率の低下はほとんど認められていない。さらに、０．５ｎｍと非常に薄い場合には、わずかではあるがコンタクト抵抗低減金属膜がない場合と比べて反射率が上昇している。この原因については明確ではないが、Ｎｉを挿入することによりｐ型のＧａＮとＡｇとの密着性が向上し、熱処理に伴って生じるｐ型コンタクト層とＡｇ膜との界面の荒れが低減されためではないかと考えられる。
【００５６】
なお、コンタクト抵抗低減金属膜の膜厚は、コンタクト抵抗低減金属膜に用いる金属の種類に応じて、反射率の大きな低下が生じない範囲に設定すればよい。
【００５７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る発光素子及びその製造方法ついて図面を参照して説明する。図１０は第２の実施形態に係る発光素子の断面構成を示している。図１０に示すように本実施形態の発光素子は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の材料を用いた青色の発光ダイオードである。
【００５８】
ｐ型のシリコン（Ｓｉ）からなる導電性の基板２１の上に厚さが１５０ｎｍのＡｕからなるカバー金属膜２９と、厚さが１００ｎｍのＷからなる拡散防止金属膜２８と、厚さが１５０ｎｍのＡｇからなる光学反射金属膜２７とが下から順次積層されたｐ型電極３２が形成されている。
【００５９】
ｐ型電極３２の上にはｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層２６と、ｐ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ）からなるｐ型クラッド層２５と、発光層２４と、ｎ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型クラッド層２３と、ｎ型のＧａＮからなるｎ型コンタクト層２２とが順次積層され、半導体層積層体３１が形成されている。発光層２４は、ＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に繰り返して積層した多重量子井戸構造を有している。
【００６０】
ｎ型コンタクト層２２の上には、厚さがそれぞれ５ｎｍ、４０ｎｍ、４０ｎｍ及び２００ｎｍのＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層されたｎ型電極３３が形成されている。
【００６１】
第２の実施形態の発光素子は、発光層２４において発光させた光を素子の上面から取り出す発光素子であり、発光層４からの放射された光のうち、ｐ型電極３２の側に向かう光は、光学反射金属膜２７により素子の上面側に反射される。従って、効率よく発光光を利用することができる。
【００６２】
以下に、第２の実施形態に係る発光素子の製造方法について図面を用いて説明する。図１１は本実施形態の発光素子の製造方法について工程ごとに断面の状態を示している。図１１（ａ）に示すように、まず、サファイアからなる形成基板３５の上に有機気相金属成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型コンタクト層２２、ｎ型クラッド層２３、発光層２４、ｐ型クラッド層２５及びｐ型コンタクト層２６を順次成長させ、半導体層積層体３１を形成する。
【００６３】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層２６の上に光学反射金属膜２７である厚さが１５０ｎｍのＡｇと、拡散防止金属膜２８である厚さが１００ｎｍのＷと、カバー金属膜２９厚さが１５０ｎｍのＡｕとを電子ビーム蒸着法等により順次堆積してｐ型電極３２を形成する。続いて、窒素気流下において６００℃の温度で３０分間の熱処理を行い、ｐ型電極３２のコンタクト抵抗を低減する。
【００６４】
次に、図１１（ｃ）に示すように、カバー金属膜２９とＳｉからなる基板２１とを貼り合わせる。貼り合わせには既知の方法を用いればよく、例えば、基板２１とカバー金属２９とを加圧した状態において３００℃の温度で１０分間熱処理を行い、加圧接着すればよい。また、基板２１にスズの層をあらかじめ設けておき金−スズの共晶を用いて貼り合わせてもよい。
【００６５】
次に、図１２（ａ）に示すように、形成基板３５の側からｎ型コンタクト層２２に波長が３５５ｎｍの高出力イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）レーザ光を照射することにより、ｎ型ＧａＮの一部を溶解させて形成基板３５を除去する。
【００６６】
次に、図１２（ｂ）に示すように露出したｎ型コンタクト層２２の一部に、厚さがそれぞれ５ｎｍ、４０ｎｍ、４０ｎｍ及び２００ｎｍのＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層されたｎ型電極３３を電子ビーム蒸着とリフトオフとを用いて形成する。続いて、ｎ型電極３３のコンタクト抵抗を低減するために６００℃で５分間程度の熱処理を行う。
【００６７】
このような構成においても、カバー金属膜２９と光学反射金属膜２７との間の相互拡散を防止することができるため、光学反射金属膜２７の反射率を高く保つことが可能であり、高輝度の発光素子を得ることができる。
【００６８】
なお、本実施形態の発光素子において、第１の実施形態の一変形例に示したようにｐ型コンタクト層２６と光学反射金属膜２７との間にコンタクト抵抗低減金属膜を設けてもよい。
【００６９】
第１の実施形態及び第２の実施形態において光学反射金属膜にはＡｇからなる膜を用いる例を示したが、光の反射率が高い金属であれば同様に用いることができ、例えばＡｌからなる膜、ＡｇとＡｌとの積層膜等であってもよい。
【００７０】
また、半導体層積層体をサファイアからなる基板の上に形成する例を示したが、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＬｉＧａＯ2、ＬｉＡｌＯ2又はこれらの混晶からなる基板の上に形成してもよい。さらに、半導体層積層体にはIII−Ｖ族窒化物半導体に代えてＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＰ系又はII−VI族系の化合物半導体を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の発光素子及びその製造方法は、コンタクト抵抗が低く且つ発光光の反射率が高い電極を備えた高輝度の発光素子及びその製造方法を実現できるという効果を有し、高輝度で且つ高効率動作する発光素子及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る発光素子に用いる電極のコンタクト抵抗と熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る発光素子に用いる拡散防止金属膜の融点と反射率との関係を示すグラフである。
【図５】通常の金及び銀が積層された電極を熱処理した際の組成分布を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る発光素子に用いる拡散防止金属膜を備えた電極を熱処理した際の組成分布を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る発光素子に用いる拡散防止金属膜を備えた電極に入射する光の波長と反射率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る発光素子を示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る発光素子に用いるコンタクト抵抗低減金属膜の膜厚と反射率との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る発光素子を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    基板
２    ｎ型コンタクト層
３    ｎ型クラッド層
４    発光層
５    ｐ型クラッド層
６    ｐ型コンタクト層
７    光学反射金属膜
８    拡散防止金属膜
９    カバー金属膜
１１  半導体層積層体
１２  ｐ型電極
１３  ｎ形電極
１４  コンタクト抵抗低減金属膜
２１  導電性基板
２２  ｎ型コンタクト層
２３  ｎ型クラッド層
２４  発光層
２５  ｐ型クラッド層
２６  ｐ型コンタクト層
２７  光学反射金属膜
２８  拡散防止金属膜
２９  カバー金属膜
３１  半導体層積層体
３２  ｐ型電極
３３  ｎ型電極
３５  形成用基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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